Реферат: Отчет по УИР. Телевизионные усилители

--PAGE_BREAK-- и <img width=«16» height=«19» src=«ref-1_118314209-193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053"> [5]:

<img width=«193» height=«59» src=«ref-1_118320372-647.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">                                         (4)

<img width=«72» height=«24» src=«ref-1_118321019-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">.

По соотношениям (3) и (4) можно рассчитать требуемые значения <img width=«13» height=«19» src=«ref-1_118316247-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">, <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_118314402-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> и <img width=«16» height=«19» src=«ref-1_118314209-193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">. Однако на практике, чаще всего, бывает известна достижимая величина добротности контуров, выполненных по той либо иной технологии изготовления. Поэтому, считая известными <img width=«13» height=«19» src=«ref-1_118316247-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">, <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_118318593-223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">, <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_118317136-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">, <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_118317342-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">, из (2), (3), (4) получим:

                          <img width=«237» height=«173» src=«ref-1_118322695-1373.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">                                     (5)

где <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_118324068-223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064"> — требуемая мощность радиосигнала изображения в нагрузке;<img width=«153» height=«28» src=«ref-1_118324291-390.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">.

Экспериментальные исследования диплексеров усилителей мощности ТВ передатчиков показали, что, при использовании воздушных конденсаторов и индуктивностей изготовленных из посеребренного медного провода, добротность режекторных фильтров оказывается не хуже 340-360.

Рассчитаем необходимые выходные мощности усилителей радиосигналов изображения и звукового сопровождения 10Вт передатчика 27 канала ТВ ДМВ и значения элементов режекторных фильтров диплексера, если при отстройке на 1 МГц от частоты радиосигнала звукового сопровождения нормированный коэффициент передачи канала изображения должен быть не менее минус 4 дБ [4,5],достижимая добротность режекторных фильтров равна 350, передатчик работает в 75-омном тракте.

Мощность радиосигнала звукового сопровождения в антенне, согласно [4,5], равна 10 % от номинальной пиковой мощности канала изображения. То есть <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_118318593-223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">=10 Вт. Несущая частота радиосигнала звукового сопровождения 27 канала ТВ равна 525,75 МГц [3]. При абсолютной расстройке в 1 МГц относительная расстройка <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_118317136-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">=1/525,75=0,0019. Спад АЧХ на 1 дБ соответствует величине <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_118317342-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">=0,63. Относительная расстройка <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_118325320-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">=6,5/525,75=0,0124. Подставляя известные <img width=«13» height=«19» src=«ref-1_118316247-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">, <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_118317136-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">, <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_118325320-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">, <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_118317342-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">, <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_118318593-223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">, <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_118324068-223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075"> в (5) получим:<img width=«28» height=«24» src=«ref-1_118326812-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">=,438;<img width=«21» height=«24» src=«ref-1_118327031-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">=3,17 Вт;<img width=«21» height=«24» src=«ref-1_118327244-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">=10,55 Вт;<img width=«19» height=«24» src=«ref-1_118327456-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">=136,38 Гн;<img width=«21» height=«24» src=«ref-1_118327659-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">=73мФ. Исходные значения элементов режекторных фильтров равны:<img width=«92» height=«24» src=«ref-1_118327867-298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">=19 мкГн;<img width=«96» height=«24» src=«ref-1_118328165-305.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">=1,85 пФ.
7. СОЗДАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ С НАПРАВЛЕННЫМ ОТВЕТВИТЕЛЕМ.
Возможно также создание усилителя мощности с совместным усилением на основе направленного ответвителя (НО). НО-это согласованная петля связи, помещенная в электромагнитное поле передаваемого по  ВЧ фидеру радиосигнала [3].  Любой НО характеризуется 2 параметрами, показывающими зависимость между ответвляемой мощностью Ротв и мощностями, действующими в фидере Рф и в балластном резисторе Рб:

Коэффициентом  направленности Кнапр= Ротв/Рб;

Коэффициентом ответвления мощности А= Ротв/Рф;

Хорошие НО имеют Кнапр>30дб.Коэффициент А определяется назначением НО. В TV-передатчиках НО используют, как правило, для разделения волн в ВЧ фидере. В реальных трактах всегда существует отраженная от нагрузки или элементов фидера волна.

 Если НО отрегулирован так, что А=0,5, т.е половина мощности Рф поступает в Rн, а другая половина ответвляется, то такой НО называется трехдецибельным уравнительным мостом [3].

Задавая определенные коэффициенты ответвления  мощности можно получить заданные ГОСТом соотношения 10:1по уровню мощности Tv и звукового сигналов, выделяющихся в Rн направленного ответвителя. Что впоследствии и нужно будет реализовать практически, используя 2 усилителя одинаковой мощности совместно с направленным ответвителем.

<img width=«370» height=«252» src=«ref-1_118328470-2445.coolpic» v:shapes="_x0000_s1169">


Рисунок 7.1 — структурная схема усилителя с направленным ответвителем
Принципиальная схема усилителя с (НО) приведена в приложении В.
8. МЕТОДИКА РАСЧЕТА МКЦ.
Важным вопросом, при построении как широкополосных так и полосовых усилителей мощности, является вопрос получения максимального усиления от каждого усилительного каскада при заданном допустимом уклонении АЧХ от требуемой формы. Это связано с тем, что уменьшение усиления приводит: к снижению коэффициента полезного действия усилителя, из-за возрастания числа усилительных каскадов  и увеличения потребляемой ими мощности от источника питания; к ухудшению линейности амплитудной характеристики и возрастанию интермодуляционных искажений, вследствие работы предоконечных каскадов усилителей на частотно-зависимое сопротивление нагрузки при повышенных выходных  напряжениях.

В [7]описана методикапараметрического синтеза таблиц нормированных значений элементов КЦ используемых в усилителях мощности, позволяющая осуществлять их реализацию с максимально возможным коэффициентом усиления при заданном допустимом уклонении АЧХ от требуемой формы.

Используя однонаправленную модель транзистора, передаточную функцию каскада с КЦ можно описать дробно-рациональной функцией комплексного переменного:

                             <img width=«223» height=«69» src=«ref-1_118330915-633.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">                                     (1)

где<img width=«132» height=«24» src=«ref-1_118331548-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">  — нормированная частота; <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_118331899-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">  — текущая круговая частота; <img width=«23» height=«24» src=«ref-1_118332093-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086"> — высшая круговая частота полосы пропускания широкополосного усилителя, либо центральная частота полосового усилителя; К — множитель определяющий уровень коэффициента передачи; <img width=«195» height=«32» src=«ref-1_118332301-440.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">  — коэффициенты, являющиеся функциями параметров КЦ нормированных относительно  <img width=«24» height=«29» src=«ref-1_118332741-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088"> и сопротивления источника сигнала <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_118332959-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089"> <img width=«47» height=«26» src=«ref-1_118333177-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">  для широкополосных и <img width=«45» height=«24» src=«ref-1_118333394-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"> для полосовых усилителей.

Выберем в качестве прототипа передаточной характеристики каскада дробно-рациональную функцию вида:

                                <img width=«205» height=«69» src=«ref-1_118333609-599.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">.                                     (2)

Найдём такие её коэффициенты, которые позволят из системы нелинейных <img width=«12» height=«23» src=«ref-1_118334208-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">уравнений:

                                       <img width=«131» height=«53» src=«ref-1_118334377-468.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094"><img width=«12» height=«23» src=«ref-1_118334208-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">           <img width=«12» height=«18» src=«ref-1_118335014-168.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">                             (3)

рассчитать нормированные значения элементов КЦ, обеспечивающие максимальный коэффициент усиления при заданном допустимом уклонении АЧХ от требуемой формы. С целью нахождения требуемых значений коэффициентов <img width=«44» height=«32» src=«ref-1_118335182-249.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">  перейдем к квадрату модуля функции (2):

<img width=«441» height=«64» src=«ref-1_118335431-983.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">

где  <img width=«59» height=«27» src=«ref-1_118336414-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099"> <img width=«148» height=«28» src=«ref-1_118336658-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100"> -вектор коэффициентов <img width=«22» height=«28» src=«ref-1_118337035-211.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> ;  <img width=«144» height=«28» src=«ref-1_118337246-373.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102"> -вектор коэффициентов<img width=«25» height=«29» src=«ref-1_118337619-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">

 Для решения задачи нахождения векторов коэффициентов <img width=«57» height=«28» src=«ref-1_118337835-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> воспользуемся методом оптимального синтеза теории фильтров. Для этого составим систему линейных неравенств:

<img width=«177» height=«32» src=«ref-1_118338107-446.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">

                             <img width=«111» height=«28» src=«ref-1_118338553-349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">                                                           (4)

                           <img width=«163» height=«28» src=«ref-1_118338902-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">,

где<img width=«23» height=«25» src=«ref-1_118339299-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">  — дискретное множество конечного числа точек в заданной нормированной области частот;<img width=«33» height=«21» src=«ref-1_118339511-233.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">  — требуемая зависимость квадрата модуля <img width=«44» height=«29» src=«ref-1_118339744-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"> на множестве <img width=«23» height=«25» src=«ref-1_118339299-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">;<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_118340212-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112"> — допустимое уклонение <img width=«97» height=«28» src=«ref-1_118340411-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> от <img width=«36» height=«21» src=«ref-1_118340745-239.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">;<img width=«20» height=«24» src=«ref-1_118340984-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115"> малая константа .

Первое неравенство в (4) определяет величину допустимого уклонения АЧХ каскада от требуемой формы. Второе и третье неравенства определяют условия физической реализуемости рассчитываемой КЦ. Учитывая, что полиномы  <img width=«73» height=«28» src=«ref-1_118341191-297.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">    продолжение
--PAGE_BREAK-- и <img width=«68» height=«28» src=«ref-1_118341488-293.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> положительны, модульные неравенства можно заменить простымии записать задачу в следующем виде :

<img width=«13» height=«25» src=«ref-1_118341781-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"><img width=«13» height=«25» src=«ref-1_118341781-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">              <img width=«309» height=«117» src=«ref-1_118342119-1290.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">                            (5)

В результате получим систему однородных линейных неравенств, являющуюся задачей линейного программирования. Для обеспечения максимального коэффициента усиления рассчитываемого каскада, неравенства (5) следует решать при условии максимизации функции цели:<img width=«107» height=«25» src=«ref-1_118343409-290.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">Решение неравенств (5) даетвекторы коэффициентов <img width=«57» height=«28» src=«ref-1_118337835-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">, соответствующие заданным <img width=«33» height=«21» src=«ref-1_118339511-233.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">и<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_118340212-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">. Коэффициенты <img width=«41» height=«29» src=«ref-1_118344403-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">, соотношения (2), определяются по известным корням уравнений [5]:

                              <img width=«103» height=«28» src=«ref-1_118344648-333.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126"><img width=«93» height=«28» src=«ref-1_118344981-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">

Далее, из решения системы нелинейных уравнений (3), находятся нормированные значения элементов КЦ, обеспечивающие максимальный коэффициент усиления каскада при заданном допустимом уклонении АЧХ от требуемой формы.

 Многократное решение системы линейных неравенств (5), для различных<img width=«33» height=«21» src=«ref-1_118339511-233.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">и<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_118340212-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">, позволяет осуществить синтез таблиц нормированных значений элементов КЦ, по которым ведется проектирование усилителей.

В качестве примера осуществим синтез таблиц нормированных значений элементов одной из наиболее простых и эффективных КЦ применяемых в полосовых усилителях мощности, схема которой приведена на рис.1.

<img width=«405» height=«189» src=«ref-1_118345733-6151.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">

                                              Рис. 8.1.

Аппроксимируя входной и выходной импедансы транзисторов V1 и V2  RC- и RL-цепями, от схемы приведённой на рис. 1 перейдём к схеме приведённой на рис.2.

<img width=«490» height=«189» src=«ref-1_118351884-1905.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">

                                               Рис. 8.2.

Вводя идеальный трансформатор после конденсатора С2, с последующим применением преобразования Нортона, перейдём к схеме представленной на рис.3.

<img width=«460» height=«176» src=«ref-1_118353789-6593.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">

                                               Рис. 8.3.

Коэффициент прямой передачи последовательного соединения КЦ и транзистора V2, c учётом преобразования КЦ (рисунок 3), можно описать выражением:

                 <img width=«320» height=«49» src=«ref-1_118360382-640.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">,                             (6)

где <img width=«222» height=«33» src=«ref-1_118361022-509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">; <img width=«80» height=«24» src=«ref-1_118361531-283.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> — коэффициент усиления транзистора V2 по мощности в режимедвустороннего согласования на частоте <img width=«47» height=«18» src=«ref-1_118361814-228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">;

            <img width=«379» height=«136» src=«ref-1_118362042-1609.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">                      (7)

                   <img width=«344» height=«29» src=«ref-1_118363651-553.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">                       (8)

<img width=«207» height=«31» src=«ref-1_118364204-477.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139"> — нормированные относительно <img width=«23» height=«24» src=«ref-1_118364681-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140"> и <img width=«36» height=«24» src=«ref-1_118364893-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> значения элементов <img width=«179» height=«31» src=«ref-1_118365113-443.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">.

По известным значениям<img width=«171» height=«31» src=«ref-1_118365556-429.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">, переходя от схемы на рис 3 к схеме на рис.2, найдём:

                                <img width=«201» height=«107» src=«ref-1_118365985-848.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">                                      (9)

где <img width=«168» height=«31» src=«ref-1_118366833-406.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">, <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_118367239-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">  — нормированное относительно <img width=«36» height=«24» src=«ref-1_118364893-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> и <img width=«23» height=«24» src=«ref-1_118364681-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> значение <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_118367887-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">.

Из (6) следует, что коэффициент усиления каскада в полосе пропускания равен:

                             <img width=«243» height=«65» src=«ref-1_118368096-761.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">                               (10)

Соотношения (7) — (9) позволяют рассчитать нормированные значения элементов схемы (рис.1) по известным коэффициентам b1, b2, b3, b4. Для нахождения указанных коэффициентов сформируем квадрат модуля функуции-прототипа передаточной характеристики рассматриваемой цепи:

           <img width=«340» height=«48» src=«ref-1_118368857-581.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151"><img width=«68» height=«25» src=«ref-1_118369438-238.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152">

Коэффициенты <img width=«100» height=«24» src=«ref-1_118369676-312.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> находятся по известным корням уравнения:

<img width=«208» height=«27» src=«ref-1_118369988-450.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">

Для нахождения коэффициентов <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_118370438-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> составим систему линейных неравенств:

            <img width=«372» height=«85» src=«ref-1_118370647-1272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">                       (11)

Решая неравенства (11), при максимизации функции цели:<img width=«71» height=«24» src=«ref-1_118371919-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">,найдём коэффициенты <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_118370438-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> обеспечивающие получение максимального коэффициента усиления при заданной допустимой неравномерности АЧХ в заданном диапазоне частот.

В таблице 1 приведены  результаты расчетов нормированных значений элементов<img width=«130» height=«29» src=«ref-1_118372380-366.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">, полученные для неравномерности АЧХ равной <img width=«35» height=«20» src=«ref-1_118372746-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> дБ при различных значениях <img width=«33» height=«29» src=«ref-1_118372968-234.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">и различных значениях отношения <img width=«48» height=«24» src=«ref-1_118373202-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">, где <img width=«44» height=«24» src=«ref-1_118373452-239.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163"> — верхняя и нижняя частоты полосового усилителя.
          Нормированные значения элементов КЦ                    Таблица 8.1



     <img width=«28» height=«25» src=«ref-1_118373691-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">

       <img width=«23» height=«25» src=«ref-1_118373915-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">

       <img width=«27» height=«25» src=«ref-1_118374134-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">

      <img width=«31» height=«31» src=«ref-1_118374351-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">

     <img width=«29» height=«31» src=«ref-1_118374582-230.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">

 
<img width=«60» height=«24» src=«ref-1_118374812-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">1.3

b1=0.29994

b2=2.0906

b3=0.29406

b4=1.0163

.00074

.0007

.0006

.0005

.0004

.0003

.0002

.0001

.0

0.2215

0.2341

0.2509

0.2626

0.2721

0.2801

0.2872

0.2935

0.2999

5.061

4.758

4.419

4.216

4.068

3.951

3.855

3.773

3.702

100.2

88.47

76.29

69.26

64.22

60.27

57.04

54.31

51.96

0.00904

0.01030

0.01200

0.01325

0.01429

0.01523

0.01609

0.01689

0.01764

<img width=«60» height=«24» src=«ref-1_118374812-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">    продолжение
--PAGE_BREAK--